الهام از سوسک هرکول برای ساخت نانوحسگر رطوبت

پژوهشگران با الهام ساختار نانوحفره‌ای موجود در پوست نوعی سوسک هرکول، موفق به طراحی حسگری شدند که رطوبت را به سرعت و بادقت بالا شناسایی می‌کند.

کد خبر: ۱۰۰۶۵۵۰

سه‌شنبه - ۳۰ فروردين ۱۴۰۱ / April 19, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پژوهشگران با الهام ساختار نانوحفره‌ای موجود در پوست نوعی سوسک هرکول، موفق به طراحی حسگری شدند که رطوبت را به سرعت و بادقت بالا شناسایی می‌کند.

سوسک هرکول بومی آمریکای جنوبی دارای ویژگی شگفت‌انگیزی است. این سوسک می‌تواند رنگ پوسته خود را بسته به شرایط رطوبت خارجی تغییر دهد. این قابلیت به این دلیل است که داخل پوسته بدن سوسک از ساختار شبکه‌ای متخلخل با سوراخ‌های مربع تشکیل شده است.

هنگامی که نور با طول موج‌های خاص به پوسته برخورد می‌کند، آن‌ها را منعکس کرده و رنگ‌های مختلفی را نشان می‌دهد. این طول موج‌ها بسته به رطوبت تغییر می‌کند. به تازگی حسگری توسط محققان طراحی شده که مانند این سوسک بسته به رطوبت تغییر رنگ می‌دهد. این حسگر با سرعت ۱۰۰۰۰ برابر بیشتر از حسگر‌های نوری معمولی تغییر رنگ می‌دهد.

این تیم تحقیقاتی در POSTECH به رهبری جانسوک رو ازگروه مهندسی شیمی و گروه مهندسی مکانیک، حسگر رنگ سنجی فوق‌العاده سریع و پاسخگو به رطوبت ایجاد کرده است. یافته‌های این گروه در قالب مقاله‌ای با عنوان Disordered-nanoparticle–based etalon for ultrafast humidity-responsive colorimetric sensors and anti-counterfeiting displays در Science Advances منتشر شده است.

حسگر‌هایی که از نور استفاده می‌کنند در حال حاضر در زندگی روزمره ما برای اندازه‌گیری الکتروکاردیوگرام و کیفیت هوا استفاده می‌شوند. این حسگر‌ها از نور برای تشخیص تغییرات محیط اطراف خود و تبدیل آن‌ها به سیگنال‌های دیجیتال استفاده می‌کنند.

این تیم تحقیقاتی با استفاده از یک لایه نانوذرات فلزی نامنظم – هیدروژل کیتوزان – و یک بستر بازتابنده، یک حسگر رنگ‌سنجی ساخته، که از ساختار فلز- هیدروژل-فلز تشکیل شده است. هنگامی که رطوبت خارجی تغییر می‌کند، فرکانس رزونانس حسگر به دلیل ویژگی هیدروژل کیتوزان تغییر می‌کند که در حالت مرطوب متورم می‌شود و در حالت خشک به طور مکرر منقبض می‌شود.

این حسگر جدید دارای سرعت فوق‌العاده بالایی است که ۱۰۰۰۰ برابر سریع‌تر از حسگر‌های نوری مبتنی بر تداخل‌سنج معمولی Fabry-Pero است. این سرعت واکنش بالا به لطف فضای متخلخل بین نانوذراتی است که حسگر را تشکیل می‌دهند، دقیقاً مانند پوسته سوسک که بسته به رطوبت رنگ‌ها را تغییر می‌دهد.

جانسوک رو که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، توضیح داد: «این حسگر رطوبت جدید از این جهت که امکان مقیاس‌پذیری تولید با هزینه کم را فراهم می‌کند، حتی با وجود استفاده از نانومواد و نانوساختارها، خاص است. معرفی پیکسل‌های رنگی پاسخگو به رطوبت در کد‌های امنیتی، استفاده از برچسب‌های امنیتی را برای دستگاه‌های الکترونیکی حساس به رطوبت، اسکناس‌ها، گذرنامه‌ها و کارت‌های شناسایی امکان‌پذیر می‌کند.»